用 python中的MySQL工具包采其存入本地MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，以完整記錄飛行器的所有歷史信 息，數(shù)據(jù)分析時(shí)可提取以三維形式展示并提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)以生成報(bào)表。
[0017] 實(shí)施例
[0018] 步驟1、按圖1框圖所示的結(jié)構(gòu)，在室內(nèi)一定大小的空間內(nèi)（如5x5x3. 5米），環(huán)繞 布置具備8個(gè)攝像頭以上的VICON視覺(jué)定位系統(tǒng)。同時(shí)配備PC計(jì)算機(jī)一臺(tái)，可編程四旋翼 飛行器一架以及無(wú)線通訊模塊XBee -對(duì)。
[0019] 步驟2、將XBee分別連接到四旋翼飛行器的串口以及PC機(jī)的串口上。制定四旋翼 飛行器與PC機(jī)之間通訊的協(xié)議。協(xié)議內(nèi)容如圖2所示。
[0020] 按照通訊協(xié)議的內(nèi)容編寫(xiě)對(duì)應(yīng)于四旋翼飛行器與PC端的通信程序。
[0021] 步驟3、編寫(xiě)四旋翼飛行器的姿態(tài)控制器。姿態(tài)控制器采用P-D控制算法?？刂扑?法結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0022] 同樣采用如圖3的P-D控制結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)PC端的位置控制器。
[0023] 步驟4、按圖4的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別于PC端及四旋翼飛行器上布置位置控制器與 姿態(tài)控制器。兩個(gè)控制器之間采用XBee進(jìn)行控制指令以及狀態(tài)信息的傳輸。
[0024] 所述姿態(tài)控制器采用機(jī)載陀螺儀、加速度計(jì)以及地磁儀進(jìn)行反饋；所述位置控制 器采用VICON視覺(jué)定位系統(tǒng)進(jìn)行反饋。
[0025] 步驟5、如圖4進(jìn)一步設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)劃器與路徑產(chǎn)生器。
[0026] 所述任務(wù)規(guī)劃器只需根據(jù)環(huán)境確定相應(yīng)的航點(diǎn)。此類(lèi)航點(diǎn)通常按照飛行器的作業(yè) 空間所確定。
[0027] 所述路徑產(chǎn)生器產(chǎn)生能夠連續(xù)通過(guò)任務(wù)規(guī)劃器所確定航點(diǎn)的連續(xù)軌跡。路徑產(chǎn) 生時(shí)，確定以下目標(biāo)性能函數(shù)：niin I = f A(.v)cU,其中，h為軌跡起始時(shí)間，T為軌跡結(jié)束時(shí) 間，L(X)為飛行器某一狀態(tài)量范數(shù)，如= 由于實(shí)際動(dòng)力系統(tǒng)的約束，以及環(huán)境中的 障礙，上述最優(yōu)問(wèn)題存在以下約束：|u(t) I Cu^cjt)彡x(t)彡c2(t)，i = Av + 及，，x(ti) =Xi (i = 1，2, 3,. . .，N)。采用哈密頓函數(shù)可求解上述最優(yōu)問(wèn)題。
[0028] 路徑產(chǎn)生器產(chǎn)生的軌跡可按時(shí)間離散然后發(fā)送給位置追蹤器進(jìn)行追蹤。
[0029] 步驟6、在PC機(jī)上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序?qū)⒖刂葡到y(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程的所有參數(shù)保存在本 地磁盤(pán)上。采用PYTHON語(yǔ)言調(diào)用MySQL工具包將所保存的數(shù)據(jù)存入本地MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0030] 步驟7、采用PYTHON的MySQL工具包設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)讀出、檢索程序。
[0031] 步驟8、采用VPYTH0N設(shè)計(jì)與物理飛行器對(duì)應(yīng)的三維模擬場(chǎng)景。通過(guò)步驟7所讀出 數(shù)據(jù)隨時(shí)間連續(xù)的在三維模型上展現(xiàn)，從而再現(xiàn)歷史飛行的場(chǎng)景。
[0032] 步驟9,建立全自動(dòng)的飛行數(shù)據(jù)分析與報(bào)表系統(tǒng)。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。
[0033] 建立latex圖表模板，并定義圖形與表格關(guān)鍵字。采用PYTHON中的PyMatplotlib 模炔基于步驟7的數(shù)據(jù)繪制飛行中的位置、姿態(tài)曲線。并計(jì)算飛行器的絕對(duì)值誤差積分等 關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
[0034] 通過(guò)PYTHON將繪制的圖線填入latex模板中的圖形關(guān)鍵字處，并將分析數(shù)據(jù)填入 對(duì)應(yīng)的表格關(guān)鍵字處。
[0035] 調(diào)用LATEX編譯命令進(jìn)行編譯，自動(dòng)生成飛行數(shù)據(jù)報(bào)表。
[0036] 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影 響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于外部視覺(jué)的四旋翼無(wú)人飛行器全自主飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控 制系統(tǒng)由四旋翼飛行器硬件平臺(tái)，自主飛行控制系統(tǒng)，以及飛行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成，四旋翼 飛行器硬件平臺(tái)包括裝備有XBee無(wú)線通信模塊以入嵌入式ARM微控制器的四旋翼飛行器、 外部VICON視覺(jué)定位系統(tǒng)以及地面站PC機(jī)；地面站PC機(jī)與四旋翼飛行器之間通過(guò)無(wú)線串 口 XBee相連并進(jìn)行通信；地面站PC機(jī)用于實(shí)現(xiàn)主要的任務(wù)規(guī)劃、軌跡生成與控制算法，并 通過(guò)無(wú)線串口向飛行器發(fā)送控制指令；外部VICON視覺(jué)定位系統(tǒng)用于進(jìn)行位置定位，提供 位置反饋；自主飛行控制系統(tǒng)包括機(jī)載姿態(tài)控制器，地面站位置控制器以及軌跡規(guī)劃器。機(jī) 載姿態(tài)控制器采用閉環(huán)控制策略，且以1000Hz頻率進(jìn)行控制，在姿態(tài)穩(wěn)定可控基礎(chǔ)上，地 面站位置控制器以姿態(tài)為虛擬輸入量對(duì)位置進(jìn)行控制，其控制指令通過(guò)XBee無(wú)線通訊模 塊發(fā)給機(jī)載姿態(tài)控制器，軌跡規(guī)劃器用于生成合理的參考軌跡曲線；飛行數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng) 由飛行數(shù)據(jù)本地儲(chǔ)存模塊，關(guān)鍵數(shù)據(jù)報(bào)表生成模塊，以及飛行過(guò)程可視化回放模塊構(gòu)成，飛 行數(shù)據(jù)采用python中的MySQL工具包采其存入本地MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外部視覺(jué)的四旋翼無(wú)人飛行器全自主飛行控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述的姿態(tài)控制器設(shè)置在四旋翼飛行器上，所述的軌跡規(guī)劃器在遠(yuǎn)端以獨(dú)立模 塊設(shè)計(jì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外部視覺(jué)的四旋翼無(wú)人飛行器全自主飛行控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述的軌跡規(guī)劃器生成的軌跡以參考輸入方式傳遞給位置控制器，位置控制器 計(jì)算后再將指令通過(guò)無(wú)線串口發(fā)送給四旋翼飛行器，位置控制器的反饋信號(hào)直接通過(guò)以太 網(wǎng)向VICON數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外部視覺(jué)的四旋翼無(wú)人飛行器全自主飛行控制系統(tǒng)，其 特征在于，數(shù)據(jù)分析時(shí)，通過(guò)PYTHON腳本直接計(jì)算飛行過(guò)程主要特征數(shù)據(jù)，填入Latex模塊 并調(diào)用Latex編譯命令自動(dòng)編譯生成數(shù)據(jù)報(bào)表。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于外部視覺(jué)的四旋翼無(wú)人飛行器全自主飛行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由四旋翼飛行器硬件平臺(tái)，自主飛行控制系統(tǒng)，以及飛行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成，四旋翼飛行器硬件平臺(tái)包括裝備有XBee無(wú)線通信模塊以入嵌入式ARM微控制器的微小型四旋翼飛行器、外部VICON視覺(jué)定位系統(tǒng)以及地面站PC機(jī)，地面站PC機(jī)運(yùn)行主要的控制算法，并將控制指令發(fā)送給四旋翼飛行器，以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)四旋翼無(wú)人飛行器準(zhǔn)確、快速的進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境下的自主飛行。系統(tǒng)各模塊獨(dú)立去藕合，方便日后獨(dú)立的對(duì)各模塊進(jìn)行進(jìn)一步的單獨(dú)開(kāi)發(fā)。
【IPC分類(lèi)】G05D1-08, G05D1-10
【公開(kāi)號(hào)】CN104808676
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510102660
【發(fā)明人】谷國(guó)迎, 董偉, 朱向陽(yáng), 丁漢
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月9日